thiết kế chế tạo sa hình mạch điện điều khiển hệ thống lạnh công nghiệp phục vụ giảng dạy tại trường đh spkttp hcm

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHBÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO SA HÌNH MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI TRƯỜNG ĐH SPKTTP.HCM MÃ SỐ:

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO SA HÌNH MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI TRƯỜNG

ĐH SPKTTP.HCM

MÃ SỐ: T2011- 44

Tp Hồ Chí Minh, 2011

S 0 9

S KC 0 0 3 3 4 8

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

TẠI TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM

Mã số: T2011-44

Chủ nhiệm đề tài: ThS Lại Hồi Nam

TP HCM, Tháng 12 năm 2011

THIẾT KẾ CHẾ TẠO SA HÌNH MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP PHỤC VỤ GIẢNG DẠY

1

MỤC LỤC

Trang

1.3 Phương pháp nghiên cứu – Cơ sở lý thuyết 3

1.4.1 Những vấn đề cịn hạn chế 3

2.1.1 Chế tạo sa hình mạch điện điều khiển hệ thống 4 lạnh cơng nghiệp

2.1.1.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 6

2.3 Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tế 13

2

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển hệ thống lạnh công nghiệp

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển hệ thống lạnh công nghiệp

Hình 3: Relay bảo vệ quá dòng

Hình 4: Nguyên lý cấu tạo của relay bảo vệ quá dòng

Hình 5: Contactor

Hình 6: Nguyên tắc cấu tạo contactor

Hình 7: Relay trung gian

Hình 8: Relay áp suất 2 block

Hình 9: nguyên tắc cấu tạo relay áp suất kép của Danfoss

Hình 10: Sơ đồ bố trí thiết bị trên sa hình

Hình 11: Sa hình mạch điện thực tế

3

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Thực tập điện lạnh là một mơn học rất quan trọng trong việc hình thành cho sinh viên kỹ năng tay nghề và khả năng nhận biết những hư hỏng của máy mĩc và của

hệ thống lạnh, từ đĩ tiến hành sửa chữa thi cơng lắp đặt trong thực tế Nhằm giúp cho sinh viên nắm bắt vững hơn trong quá trình học, cũng như trang bị thêm những dụng

cụ, đồ nghề dạy học trong quá trình giảng dạy thực tập cho sinh viên chuyên ngành Cơng nghệ Nhiệt-Điện lạnh, việc thiết kế những mơ hình thực tế nĩi chung và sa hình mạch điện hệ thống lạnh nĩi riêng là yêu cầu cần thiết

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài “Thiết kế chế tạo sa hình mạch điện điều khiển hệ thống lạnh công nghiệp phục vụ giảng dạy tại trường ĐH SPKT Tp.HCM” nhằm mục đích tạo ra một mơ hình thực tế giúp cho người dạy và học cĩ thể thao tác trực tiếp trên mơ hình, tăng khả năng nhận thức của sinh viên trong việc tiếp cận bài học

Đề tài trên cũng giúp cho sinh viên chuyên ngành Nhiệt-Điện lạnh có một cách nhìn thực tế hơn khi trực tiếp làm việc trên sa hình mạch điện thực tế được bố trí thuận tiện và tập trung trên một không gian hợp lí Từ đó các em có thể chủ động, sáng tạo để có thể thiết kế, thi công mạch điện điều khiển cho các hệ thống khác khi các em trực tiếp thực hiện công việc

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU – CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Dựa trên lý thuyết về tự động hoá điều khiển hệ thống lạnh, kết hợp với những thiết bị điều khiển đặc thù trong hệ thống nhiệt lạnh và các khí cụ điện nhằm thi công mạch điện điều khiển ứng dụng cho hệ thống

4

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.4.1 Những vấn đề còn hạn chế

Hiện tại, xưởng nhiệt điện lạnh được trang bị tương đối đầy đủ trang thiết bị phục vụ cho việc giảng dạy thực tập nói chung và thực tập điện lạnh 3 nói riêng Tuy nhiên các thiết bị điện điều khiển của hệ thống lạnh trong xưởng đi kèm nguyên cụm với máy móc nên để có thể mang trực tiếp vào bài giảng trong phòng học là không thể, điều này gây khó khăn cho sinh viên trong quá trình nhận thức

5

PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

2.1.1 Chế tạo sa hình mạch điện điều khiển hệ thống lạnh công nghiệp

2.1.1.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý

6

7

2.1.1.2 Chế tạo sa hình

2.1.1.2.1 Giới thiệu các thiết bị chính sử dụng trong sa hình mạch điện điều khiển a) Relay nhiệt

* Công dụng

Relay nhiệt là một loại khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, contactor Thông thường dùng relay nhiệt để bảo vệ quá tải, người ta phải đặt kèm với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch

* Nguyên tắc cấu tạo

Nguyên lý cấu tạo của một loại relay nhiệt được trình bày như hình 2.2

Hình 4: Nguyên lý cấu tạo của relay bảo vệ quá dịng

a) Trạng thái đóng; b) Trạng thái cắt

1 – phần tử đốt nóng; 2 – băng kép; 3 – đòn xoay;

4 – tiếp điểm tĩnh; 5 – nút reset; 6 – lò xo; 7 – tiếp điểm động

Hình 3: Relay bảo vệ quá dịng

8

* Nguyên tắc hoạt động

Khi dòng điện phụ tải chạy qua, phần tử đốt nóng (1) sẽ nóng lên và tỏa nhiệt ra xung quanh Băng kép (2) bị hơ nóng sẽ cong lên trên Nếu trong phạm

vi nhiệt độ cho phép ứng với dòng phụ tải nào đó thì đòn xoay (3) vẫn tì đầu trên vào băng kép (2) và mạch làm việc bình thường Nếu phụ tải bị quá tải, sau một thời gian bị hơ nóng cao hơn, băng kép (2) sẽ cong lên nữa và rời khỏi đầu trên của đòn xoay (3) Lò xo (6) sẽ kéo đòn xoay (3) quay ngược chiều kim đồng hồ Đầu dưới đòn xoay (3) sẽ quay sang phải và kéo theo thanh kéo cách điện (7) Tiếp điểm thường đóng 4 mở ra, cắt mạch điều khiển và từ đó mạch động lực bị

cắt (hình b)

Khi relay đã cắt sự cố quá tải, không còn dòng điện qua phần tử đốt nóng (1) nên băng kép (2) nguội dần và cong xuống nhưng chỉ tì lên đầu trên của đòn

xoay (3) (hình b), vì vậy tiếp điểm (4) không tự đóng lại được Muốn relay trở lại

trạng thái ban đầu để tiếp tục nhiệm vụ bảo vệ quá tải, phải ấn nút phục hồi (5) để đẩy đòn xoay (3) thuận chiều kim đồng hồ Đầu tự do của băng kép sẽ tụt

xuống, chèn giữa đòn xoay (3) ở vị trí đóng tiếp điểm (4) (hình a)

Relay nhiệt có quán tính nhiệt lớn vì khi dòng tải qua phần tử đốt nóng tăng lên thì cần phải có một thời gian để nhiệt truyền tới băng kép, làm băng kép cong lên Vì thế mà relay nhiệt không có tác dụng cắt mạch tức thời khi dòng điện tăng lên mạnh nghĩa là không bảo vệ được sự cố ngắn mạch

9

b) Contactor

* Công dụng

Contactor là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa tự động hoặc bằng

nút ấn các mạch điện lực có phụ tải, điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A

* Nguyên tắc cấu tạo

Nguyên tắc cấu tạo của một contactor được trình bày trên hình 2.6

Hình 6– Nguyên tắc cấu tạo contactor

LX – lò xo; Fe – lõi sắt; K – cuộn hút;

C – cần; a,b,c – tiếp điểm động lực 1,2 – tiếp điểm mạch điều khiển

Hình 5: Contactor

10

* Nguyên lý làm việc

Phần chính của một contactor là cuộn hút điện từ K (hình), và hệ thống các

tiếp điểm Khi cuộn K không có điện, lò xo LX kéo cần C mở các tiếp điểm

thường mở (gồm các tiếp điểm động lực a, b, c và tiếp điểm điều khiển 1), đồng

thời đóng tiếp điểm thường đóng (tiếp điểm 2) Khi cấp điện cho cuộn K, lõi sắt

Fe bị hút, kéo căng lò xo LX và cần C đóng các tiếp điểm thường mở (tiếp điểm

1, a, b, c) và cắt tiếp điểm thường đóng (tiếp điểm 2) Tùy theo mục đích sử dụng

mà các tiếp điểm được nối vào mạch lực hay mạch điều khiển một cách thích hợp

c) Relay trung gian

Nhiệm vụ của relay trung gian là khuếch đại các tín hiệu điều khiển, liên kết giữa các phần tử điều khiển khác nhau

Relay trung gian thường là relay điện từ Số lượng tiếp điểm của relay trung gian thường nhiều hơn các loại relay khác Relay trung gian có độ phân cách về điện tốt giữa mạch cuộn hút và mạch tiếp điểm

d) Relay áp suất

Relay áp suất là dụng cụ chuyển đổi các tín hiệu áp suất và hiệu áp suất

thành tín hiệu đóng cắt của tiếp điểm điện (ON/OFF)

Hình 7: Relay trung gian

11

*Relay áp suất kép (Relay áp suất hai block)

Nếu relay áp suất đơn chỉ nhận một tín hiệu áp suất thì relay áp suất kép nhận hai tín hiệu áp suất, khống chế đồng thời hai áp suất nhưng chỉ tác động lên một tiếp điểm chung Như vậy, relay áp suất kép gồm relay áp suất cao và relay áp suất thấp được tổ hợp chung lại trong một vỏ thực hiện chức năng của hai relay, ngắt điện cho máy nén khi áp suất cao vượt quá mức cho phép và khi áp

suất thấp hạ xuống dưới mức cho phép Hình 9giới thiệu cấu tạo của một relay

áp suất kép của Danfoss

Hình 8: Relay áp suất 2 block

12

Về nguyên tắc làm việc đóng ngắt tiếp điểm cũng giống như loại relay áp suất đơn nhưng với loại kép thì khi relay ngắt tiếp điểm bởi tác động của áp suất cao thì dù áp suất thấp là bao nhiêu mạch cũng không đóng lại, có nghĩa là tác động của phía cao áp không phụ thuộc vào phía hạ áp Điều này giúp đảm bảo

an toàn cho phía áp cao

Khi lắp đặt các loại relay áp suất cần lưu ý ống nối từ ống hút hoặc ống đẩy vào relay nên ở vị trí phía trên ống để ngăn dầu lọt vào hộp xếp, vì nếu để dầu lọt vào hộp xếp lâu ngày có thể hộp xếp bị bó không hoạt động được một cách hoàn hảo và cũng không đảm bảo cho các tiếp điểm làm việc bình thường

2.1.1.2.2 Bố trí thiết bị trên sa hình

1 – Vít đặt áp thấp

2 – Vít vi sai áp thấp

3 – Tay đòn chính phía hạ áp

4 – Khóa vít điều chỉnh

5 – Vít đặt áp cao

6 – Lối luồn dây điện

7 – Nút reset Hình 9 Cấu tạo relay áp suất kép của Danfoss

13

Hình 10: Sơ đồ bố trí thiết bị trên sa hình

14

2.1.2 Kết quả đạt được

Hình 11: Sa hình mạch điện thực tế

2.1.3 Ứng dụng của sa hình

- Giảng dạy mạch điện khởi động và dừng động cơ

- Giảng dạy mạch điện khởi động sao tam giác cho động cơ

- Giảng dạy mạch điện bảo vệ, báo sự cố

- Giảng dạy mạch điện điều khiển hệ thống lạnh công nghiệp

2.2 TÍNH KHOA HỌC

Với cách bố trí thiết bị trên sa hình và ứng dụng để giảng dạy các mạch điện theo đề cương giảng dạy của môn học thực tập điện lạnh 3, sa hình đã đáp ứng được mục tiêu và yêu cầu của việc nâng cao chất lượng dạy và học, giúp cho sinh viên có cách tiếp cận với môn học trực quan hơn, sinh động hơn

15

2.3 KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI VÀO ỨNG DỤNG THỰC TẾ

Sa hình có thể ứng dụng làm thiết bị giảng dạy trong môn học thực tập điện lạnh 3 trong chuong trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt- Điện lạnh tại trường ĐH SPKT Tp.HCM

16

PHẦN 3: KẾT LUẬN

3.1 KẾT LUẬN

Đề tài đã hoàn thành mục tiêu và kế hoạch đặt ra, có thể áp dụng ngay để giảng dạy

3.2 ĐỀ NGHỊ

Sa hình mạch điện vẫn đang còn thiếu một số thiết bị quan trọng khác, nhưng do kinh phí thực hiện đề tài còn hạn hẹp nên vẫn chưa thể thực hiện hoàn chỉnh Đề nghị các cấp có thẩm quyền xem xét để có thể phát triển và hoàn thiên thêm đề tài

17

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn tuỳ: Máy và thiết bị lạnh, NXB giáo dục

[2] Nguyễn Đức Lợi: Tự động hoá hệ thống lạnh, NXB giáo dục

[3] ASHARE HAND BOOK: REFRIGERATION 2002